时分复用处理中的包络跟随器终点检测制造技术

本发明专利技术提供一种用于在交替循环蚀刻处理或时分复用处理期间确立终点的方法和设备。把衬底放置在一个等离子体室中并进行具有一个蚀刻步骤和一个淀积步骤的交替循环处理。利用公知的光发射光谱测定技术，监测等离子体发射强度的变化。利用包络跟随器算法，从等离子体发射强度的复杂波形之中提取幅度信息。当在根据监测步骤的一定时间到达终点时中断交替循环处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的来说涉及半导体晶片处理的领域。更具体而言，本专利技术是关于在时分复用蚀刻和淀积处理期间确定蚀刻处理的终点。
技术介绍
在许多微机电(MEMS)器件的制造期间，需要蚀刻一层材料以便在该层之下完全停止(例如，绝缘体上硅(SOI)清除硅(Si)层而停止在其下的二氧化硅(SiO2)层)。随着蚀刻处理进行，一旦超过第一层已经被去除掉的时间，就会导致下停止层的厚度减少、或者特征轮廓劣化(本领域中对于SOI应用所公知的“凹陷”)。因此，在等离子体处理工艺诸如蚀刻中，精确判定等离子体处理的终点，以便无延迟地终止等离子体处理，是极重要的。作为一种用于检测等离子体处理的终点的方法，本领域众所周知的一种方法是，检测处理室中的等离子体之中所包含的特定物质的光谱的任何变化，基于这种变化检测出终点。这种方法是从等离子体中的物质随衬底蚀刻的进行而改变的观测结果想到的，其目的在于通过监测特定物质的光谱强度的变化来精确检测蚀刻处理的实时终点。通常用于检测等离子体工艺终止时间的这种方法就是光发射光谱测定法(OES)。OES分析从等离子体源发射出的光以便进行有关等离子体处理的化学状态和物理状态的推断。在半导体处理中，这种技术通常用于检测等离子体蚀刻处理期间的材料界面。OES技术包含监测由等离子体发射的射线，通常位于光谱的紫外光/可见光范围(200nm-1100nm)部分。图1示出了典型OES配置的示意图。等离子体的成分且特别是反应性蚀刻物质或蚀刻副产品的出现将决定发射射线的光谱(即，强度与波长)。在蚀刻处理过程期间，特别在材料转变点时，等离子体的成分改变，从而导致发射光谱的变化。通过连续监测等离子体发射，就能够用OES终点系统来检测出此变化并利用它来确定薄膜被完全清除的时间。例如，当OES信号下降至预定阈值水平之下时，就利用这种转变来触发“终点”。实际上，大多数有关终点的信息通常包含在对应于消耗的反应物或在蚀刻期间产生的蚀刻副产品的几个波长之中。研发OES终点对策的常规方法是收集在预终点和过终点条件两者期间的大量等离子体发射光谱(发射强度与波长)。利用多种方法能够确定终点波长候选区。通过统计方法诸如因素分析或主要组分分析就能够选择出终点检测的光谱区(参见Angell等人的美国专利5,658,423)。确定终点候选的另一种对策是通过在预终点(主蚀刻)和过终点(过蚀刻)光谱之间构成差值图(difference plot)。一旦选择出了候选区，就对候选区进行可能化学物质的指定(即，来自于游离气态前体的反应物质或蚀刻产品)。这种指定在确定对策的成功方面并不是关键的，而是有助于理解和优化波长选择处理。可以利用许多参考文献，包括Zaidel等人的光谱线表(Tables of Spectral Lines)和Pearse等人的分子谱识别(The Identification of Molecular Spectra)，结合工艺化学的知识，来对候选线指定出可能的物质。对于六氟化硫(SF6)等离子体中的硅蚀刻处理的可能终点候选的一个例子是在687nm和703nm处的氟(F)线以及在440nm处的氟化硅(SiF)发射谱带。一旦确定了这些区域，利用相同的OES对策，就能够处理后续部分。虽然这些OES方法很好地实现了单一步骤处理或有限分离蚀刻步骤的处理(诸如初始蚀刻、随后主蚀刻)，但难于将OES应用于快速且周期性的等离子体扰动的等离子体处理。在Laermer等人的美国专利5,501,893、Okudaira等人的美国专利4,985,114和Kawasaki等人的美国专利4,795,529中公开了这种时分复用(TDM)处理的例子。Laermer等人公开了一种利用一系列交替的蚀刻和淀积步骤来将高深宽比结构蚀刻到硅Si中的TDM处理。图2(a)到2(d)是一种用于深度硅蚀刻的TDM处理的图示例子。典型地在一个由高密度等离子体源、典型的感应耦合等离子体(ICP)与射频(RF)偏置的衬底电极组合构成的反应室中进行TDM Si蚀刻处理。在对于Si的TDM蚀刻处理中，所采用的最常用的处理气体是六氟化硫(SF6)和八氟环丁烷(C4F8)。典型地将SF6作为蚀刻气体，将C4F8作为淀积气体。在蚀刻步骤期间，SF6易于自发并各向同性蚀刻Si(图2(a)和2(b))；在淀积步骤中，C4F8促进保护聚合物淀积在蚀刻出的结构的侧壁以及底部(图2(c))。TDM Si蚀刻处理周期性地在蚀刻和淀积步骤之间交替，由此就能够在掩蔽的Si衬底上限定出高深宽比结构。基于出现在蚀刻步骤中的对Si衬底的高能和直接离子轰击，就会去除来自于先前的淀积步骤而在蚀刻出的结构的底部上覆盖的聚合物膜，从而暴露出进一步蚀刻的Si表面(图2(d))。因为蚀刻出的结构的侧壁上的聚合物膜不会受到直接离子轰击、不会横向蚀刻，因此它就会保留。利用TDM Si蚀刻方法，就会在高蚀刻速度之下在Si衬底上限定出高深宽比特征。图2(e)示出了利用TDM处理蚀刻出的硅结构的剖面图的扫描电子显微镜(SEM)图像。如图3所示，由于在淀积和蚀刻步骤中使用不同的等离子体条件(例如，处理气体类型、压力、RF功率等)，在TDM Si蚀刻处理中蚀刻300和淀积305步骤的等离子体发射光谱就会显著不同。如图4中所示，将常规OES方法应用于TDM硅蚀刻处理就会导致周期性的终点轨迹400，而不能用于检测终点。对于TDM硅蚀刻，希望蚀刻终点信息主要包含于处理的蚀刻阶段之中。Becker等人的美国专利6,200,822展示了一种从TDM Si蚀刻处理的等离子体发射之中提取终点信息的方法。通过利用外部提供的触发器(典型的从一个处理步骤到下一个处理步骤的转变)，Becker等人验证了仅仅在蚀刻步骤期间的等离子体中的至少一种物质(对于Si蚀刻、典型为F或SiF)的发射强度。通过利用外部触发，结合延迟功能和取样与保持(峰值保持)电路，就能够把在后续蚀刻步骤中观测到的发射强度聚到一起，以获得实际上非周期性的发射信号。在随后的淀积步骤期间，以最终获知的数值来保持蚀刻步骤中物质的发射强度的数值。按照这种方式，将周期性的发射信号转换为类似于可以用来处理终点确定的阶梯函数的曲线。这种方法的限制在于，在蚀刻步骤期间，需要外部提供的触发器，在触发和获得发射数据之间还需要用户输入延迟。为了努力增加OES方法的灵敏性，Jerde等人的美国专利4,491,499公开了测量窄带的发射光谱并同时同步测量以该窄带为中心的较宽本底带的强度。按照这种方式，就能够从终点信号中减去背景信号，从而产生窄带信号的更加精确的值。因此，需要一种用于TDM等离子体处理的终点对策，这种对策不需要外部触发器和触发之后的用户输入延迟，以便使等离子体发射数据的收集与处理步骤同步。现有技术中根本没有提供本专利技术伴随着的优点。因此，本专利技术的目的在于提供一种改进，其克服了现有技术装置中的缺点并且对半导体处理领域的发展作出了巨大贡献。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于在衬底中蚀刻特征的方法，该方法包括步骤在等离子体室之中对衬底进行交替处理；监测等离子体发射强度的变化；采用包络跟随器算法从所述等离子体发射强度中提取幅度信息；以及在根据所述监测步骤的一定时间中断所述交替处理。本专利技术的另一个目的在于提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底中蚀刻特征的方法，包括以下步骤：　　　　在等离子体室中对衬底进行交替处理；　　　　监测等离子体发射强度中的变化；　　　　采用包络跟随器算法，从所述等离子体发射强度中提取幅度信息；以及　　　　在根据所述监测步骤的一定时间中断所述交替处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-5-9 60/469,3331.一种在衬底中蚀刻特征的方法，包括以下步骤在等离子体室中对衬底进行交替处理；监测等离子体发射强度中的变化；采用包络跟随器算法，从所述等离子体发射强度中提取幅度信息；以及在根据所述监测步骤的一定时间中断所述交替处理。2.根据权利要求1的方法，其中要蚀刻的衬底包括硅。3.根据权利要求1的方法，其中要蚀刻的衬底包括III族元素。4.根据权利要求1的方法，其中要蚀刻的衬底包括V族元素。5.根据权利要求1的方法，其中所述交替处理进一步包括至少一个蚀刻步骤和至少一个淀积步骤。6.根据权利要求1的方法，其中所述交替处理进一步包括多个蚀刻步骤和多个淀积步骤。7.根据权利要求1的方法，其中，在所述交替处理期间，至少一个处理参数随时间改变。8.根据权利要求1的方法，其中所述等离子体发射强度是周期性的。9.根据权利要求1的方法，其中所述监测步骤进一步包括监测等离子体发射强度的多个区域。10.根据权利要求9的方法，其中采用统计方法来选择出所述等离子体发射强度的多个区域。11.根据权利要求10的方法，其中所述统计方法进一步包括因素分析。12.根据权利要求9的方法，其中采用脱机分析来选择出所述等离子体发射强度的多个区域。13.根据权利要求12的方法，其中所述脱机分析进一步包括光谱求差。14.根据权利要求9的方法，其中对所述等离子体发射强度的多个区域进行本底校正。15.根据权利要求9的方法，其中所述监测步骤还包括对所述等离子体发射强度的多个区域进行数学运算。16.根据权利要求1的方法，其中所述提取步骤进一步包括采用多个峰值检测算法。17.根据权利要求16的方法，其中按照循环方式顺序复位所述多个峰值检测算法。18.根据权利要求17的方法，其中所述复位还包括大于最低所关注频率的半周期的时钟周期。19.一种在时分复用处理期间确立终点的方法，包括以下步骤对衬底进行时分复用处理；监测从时分复用处理中产生的信号的属性；采用包络跟随器，处理从时分复用处理中产生的周期性信号的所述属性；以及在根据所述处理步骤的一定时间中断时分复用处理。20.根据权利要求19的方法，其中所述属性是等离子体发射强度。21.根据权利要求20的方法，其中所述监测步骤进一步包括监测等离子体发射强度的多个区域。22.根据权利要求21的方法，其中采用统计方法来选择所述等离子体发射强度的多个区域。23.根据权利要求22的方法，其中所述采用统计方法进一步包括因素分析。24.根据权利要求21的方法，其中采用脱机分析来选择所述等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁塞尔韦斯特曼，大卫约翰逊，
申请(专利权)人：优利讯美国有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]